KR20180021007A - 간섭무늬 방지구조의 휘도보강 광학기판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 평판형 광원을 갖는 평판 디스플레이에 사용할 휘도보강용 광학기판에 관한 것으로, 기판; 기판 한쪽의 광입력면; 기판 반대쪽의 요철형 광출력면; 및 광출력면에 나란히 배치된 기다란 프리즘 배열을 포함하고, 프리즘은 수평으로 변형된 구간을 갖는다.

Description

간섭무늬 방지구조의 휘도보강 광학기판{LUMINANCE ENHANCEMENT OPTICAL SUBSTRATE WITH ANTI-INTERFERENCE-FRINGE STRUCTURE}

본 발명은 요철면을 갖는 광학기판에 관한 것으로, 구체적으로는 평판형 광원을 갖는 평판 디스플레이에 사용할 휘도보강용 광학기판에 관한 것이다.

평판 디스플레이는 텔레비전, 컴퓨터, 휴대기기(휴대폰, PDA 등)에 공통적으로 사용된다. LCD는 평판 디스플레이의 일종으로, 화소 어레이를 갖춘 LC(액정) 모듈을 사용한다.

도 1은 LCD의 일례로서, LCD(10)는 LC 모듈(12), 평판 형태의 백라이트 모듈(14), LC모듈(12)과 백라이트 모듈(14) 사이의 다수의 광학필름을 포함한다. LC 모듈(12)은 2개의 투명한 기판 사이에 배치된 액정들과, 2차원 화소어레이를 이루는 제어회로를 포함한다. 백라이트 모듈(14)은 평판형 광원으로서, 도 1과 같은 에지형 광원과 평면형 광원을 포함하는데, 에지형 광원은 도광판(18) 가장자리에 배치된 선형 광원(16)이다. 광원(16)에서 도광판(18) 가장자리로 빛을 비추도록 반사기(20)가 설치된다. 도광판은 LC 모듈(12)을 향하는 평탄한 윗면을 통해 빛을 분산시키는 구성을 갖는데, LC 모듈(12) 반대쪽의 바닥면은 테이퍼형 평면으로서 빛을 반사하거나 산란시키는 표면이다. 광학필름의 상하 확산막(22,24)은 도광판(18)의 평면에서 나온 빛을 확산시킨다. 광학필름들은 상하부 요철면과, 본 발명의 광학기판(26,28)을 갖는데, 이들 광학기판은 이곳에서 나온 빛이 수직으로 나오도록 빛을 재분포시킨다. 광학기판(26,28)은 당업계에 휘도보강막,광 재배향막, 확산막으로 알려져 있다. 광학필름들을 통해 LC 모듈(12)에 들어간 빛은 LC 모듈(12)의 평면 전체에서 균일하고 수직으로 비교적 강한 강도를 갖는다. LCD(10)는 텔레비젼, 노트북, 모니터, 휴대폰, PDA, 카메라 등에 사용된다.

LCD의 화질을 해치지 않고 LCD의 전력소비량과 두께와 중량을 줄일 필요성은 커지고 있다. 따라서, 백라이트 모듈과 각종 광학필름의 전력소비량과 중량과 두께를 줄일 필요가 있다. 이와 관련해, 휘도를 해치지 않고 전력소비량을 줄이기 위한 많은 조명기술이 개발되었다. 어떤 경우에는 광원(16), 반사기(20) 및 도광판(18)을 갖는 백라이트 모듈(14)의 디자인을 개량하기도 하고, 한편으로는 확산막(22,24)과 휘도보강막(26,28)의 개량에 기술이 집중되기도 했다.

LCD(10)의 휘도보강막(26,28)은 디스플레이에 수직인 광축에 빛을 보내는데 프리즘 구조를 이용하고, 원하는 레벨의 광축 조명을 일으키는데 적은 전력을 사용하는 디스플레이를 사용해 휘도를 보강한다. 이를 위해, 휘도보강막의 광출력면에 프리즘 홈이나 렌즈형 홈이나 피라미드를 배치해, 막에서 나가는 빛에 대한 막/공기 간섭 각도에 변화를 주고 비스듬하게 입사되는 빛이 수직으로 출사되도록 한다. 이를 위해, 많은 LCD에서 사용한 2개의 휘도보강막은 막 평면에 수직인 축을 중심으로 서로에 대해 회전되어 각각의 막의 홈들이 서로에 대해 90도가 되도록 하여, 광출력면에 직교하는 2개의 평면을 따라 빛이 흐르도록 한다.

휘도보강막의 요철면을 개발하는데 많은 노력을 기울였다. 도 2는 기존의 각종 휘도보강막의 구조를 보여준다. 휘도보강막의 광출력면인 윗면은 요철형이고, 밑면의 광입력면은 평탄면이다. 휘도보강막을 LCD에 사용할 때, 평탄 바닥면이 다른 휘도보강막의 요철면에 덮히게 되고, 윗쪽의 보강막의 평탄면과 아랫쪽 휘도보강막의 요철면이나 평탄면 사이의 광간섭으로 디스플레이에 (흑백이 반복되는 무늬인) 간섭무늬 형태의 눈에 보이는 결함이 나타난다. 이렇게 간섭무늬나 결함이나 얼룩이나 불균일 등으로 인한 영상에 미치는 효과는 상부 확산막인 도 1의 휘도보강막(26) 위의 확산막(22)에 의해 가려질 수 있다.

LCD의 광학필름의 두께를 줄이기 위해, 광학필름의 수를 4개에서 3개로 줄이려는 시도가 많았다. 이와 관련해, 하부의 확산막(24)과 휘도보강막(28)은 별도의 구조로 유지되지만, 상부의 확산막(22)과 휘도보강막(26)의 기능을 하나의 하이브리드 막 구조로 합쳤다. 3중막 구조의 디스플레이는 휴대기기에 널리 사용되어, 이들 기기의 전체 크기를 줄이는데 일조한다.

하이브리드형 휘도보강막을 개발하는데 많은 노력이 있었다. 도 3과 같이, 미국특허 5,995,288호는 광학기판의 요철면인 윗면의 반대쪽 바닥면에 입자층을 코팅한 것을 소개했다. 도 4와 같이, 미국특허 5,598,280호는 휘도의 균일성을 개선하기 위해 광학기판의 바닥면에 작은 돌출부들을 형성하는 방법을 소개했다. 다른 기술로는, 광학기판의 요철면의 프리즘 구조를 바꾸는 것이 있다. 도 5B와 같이, 미국특허 6,798,574호는 광학기판의 요철면의 프리즘의 표면에 미세 돌기들을 형성하여, 더 넓은 각도로 빛을 확산시키는 기술을 소개했다.

그러나, 이상의 하이브리드형 휘도보강막은 구조가 복잡해 제작비가 많이 소요됨은 물론, 원하는 각도로 빛을 조정하는데도 비효율적이다.

또, LC 모듈의 바닥면과 상부 하이브리드 휘도보강막의 요철면 사이에 별도의 확산막이 없어서, 흑백패턴이 반복되는 간섭무늬가 생길 수 있다. 휘도보강막의 상부 구조와 LC 모듈의 화소어레이는 간섭무늬나 모아레 무늬를 일으킨다고 알려졌다.

본 발명은 종래의 이와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 휘도를 보강하면서 간섭무늬를 줄이는 표면구조를 갖는 저렴한 광학기판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이와 같은 목적달성을 위한 본 발명의 광학기판은, 기판; 기판 한쪽의 광입력면; 기판 반대쪽의 요철형 광출력면; 및 광출력면에 나란히 배치된 기다란 프리즘 배열;을 포함하고, 프리즘은 수평으로 변형된 구간을 갖는다. 본 발명의 광학기판에서, 프리즘은 위에서 보아 구불구불한데, 이때 프리즘이 나란히 배치되고, 인접한 프리즘의 산들이 평행할 수 있다. 또, 인접한 산들 사이의 간격이 x-z 평면에서 동일할 수도 있다. 또, 각각의 프리즘이 사인파 형상을 가질 수도 있다. 또, 프리즘의 일정한 파장으로 구불구불할 수도 있다. 또, 각각의 프리즘이 임의의 형태로 구불구불하거나, 산 높이가 프리즘을 따라 일정하거나, 산 높이가 프리즘을 따라 변할 수 있는데, 이 경우 산 높이가 규칙적으로나 불규칙적으로 변한다. 또, 산 높이가 변할 경우, 광출력면에 구조적 불규칙부가 분포되어 있을 수도 있는데, 이때 광출력면에 평탄면으로 이루어진 프리즘이 있고, 불규칙부는 비평탄 구간에 대응하는 구조를 가질 수 있다. 또는, 불규칙부들이 광출력면의 제작과정에서 예상되는 구조적 결함과 같은 구조를 갖거나, 불규칙부들이 규칙적으로나 불규칙적으로 광출력면에 분포될 수 있다. 또, 프리즘이 산과 골을 갖고, 불규칙부들이 평탄한 골이나 산에 해당할 수도 있다. 한편, 본 발명의 광학기판에서 광입력면에 구조적 불규칙부들이 분포될 수도 있다. 또, 기판이 기저층과 요철층을 갖고, 기저층은 광입력면을 이루는 평탄한 밑면과 요철층을 지지하는 윗면을 가지며, 요철층은 요철형 광출력면을 이루는 윗면을 가질 수도 있다.

본 발명은 또한, 영상데이터에 맞게 영상을 보여주는 디스플레이 모듈; 디스플레이 모듈에 조명을 하는 백라이트 모듈; 및 디스플레이 모듈과 백라이트 모듈 사이에 위치하면서, 디스플레이 모듈에 대한 조명 휘도를 보강하며, 제1항의 광학기판을 제1 광학기판으로 갖는 조명보강 모듈을 포함하는 평판 디스플레이도 제공한다. 이때, 조명보강 모듈이 요철형 광출력면과 광입력면을 갖는 제2 광학기판을 더 구비하고, 제1 광학기판의 요철형 광출력면은 제2 광학기판의 광입력면에 인접하며, 이들 2개의 광학기판들의 프리즘들이 서로 직교하도록 z축을 중심으로 교차 배열되면 바람직하다. 이 경우, 제2 광학기판의 요철형 광출력면이 제1 광학기판의 요철형 광출력면과 비슷한 것이 좋다. 이때, 제2 광학기판의 광입력면과 백라이트 모듈 사이에 별도의 확산층이 없거나, 제1 광학기판의 요철형 광출력면과 디스플레이 모듈 사이에 별도의 확산층이 없을 수 있다.

본 발명은 또한, 전술한 평판 디스플레이; 및 영상데이터에 맞는 영상을 보여주기 위해, 상기 평판 디스플레이에 영상데이터를 보내주는 제어장치;를 포함하는 전자장치도 제공한다.

도 1은 기존의 LCD의 분해사시도;
도 2는 표면구조가 다른 기존의 광학기판의 사시도;
도 3~5는 기존의 하이브리드형 휘도보강 광학기판의 단면도와 사시도;
도 6a는 본 발명에 따라 요철면을 갖는 광학기판의 사시도;
도 6b~f는 여러가지 파형에서 광학기판의 2개의 직교 수직면을 따른 광확산효과의 시뮬레이션 결과를 보여주는 사진들;
도 7a는 본 발명의 다른 예에 따라 산높이가 변하는 요철면의 사시도;
도 7b~f는 여러가지 높이의 광학기판의 2개의 직교 수직평면을 따른 광확산효과의 시뮬레이션 결과를 보여주는 사진들;
도 8a는 본 발명의 또다른 예에 따라 불규칙부들이 분포된 요철면의 사시도;
도 8b는 본 발명의 다른 예에 따라 불규칙부들이 분포된 요철면의 사시도;
도 8c~g는 불규칙부들이 분포되어 있는 광학기판의 2개의 직교 수직평면을 따른 광확산효과의 시뮬레이션 결과를 보여주는 사진들;
도 9는 본 발명의 또다른 예에 따라 불규칙부들이 분포되어있고 프리즘이 파형인 프로토타입 광학기판의 SEM 사진;
도 10은 본 발명의 일례에 따른 광학기판을 설치한 LCD의 분해사시도;
도 11은 본 발명의 광학기판을 설치한 LCD 패널이 달린 전자장치의 정면도;
도 12는 일정하고 규칙적인 프리즘이 배열되어 있는 광학기판의 사시도;
도 13은 본 발명에 따라 요철면에 구조적인 특징들이 조합되어 있는 광학기판의 사시도.

도 10의 평판 디스플레이에서, 백라이트 LCD(100)는 LC 디스플레이 모듈(112), 평판 광원 형태의 백라이트 모듈(114) 및 LC 모듈(112)과 백라이트 모듈(114) 사이의 다수의 광학필름을 포함한다. LC 모듈(112)은 2장의 투명 기판 사이의 액정들과, 2차원 화소어레이를 이루는 제어회로를 포함한다. 백라이트 모듈(114)은 빛을 평면 형태로 분산시키고, 도광판(118) 가장자리에 선형 광원(116)이 배치된다. 선형 광원(116)에서 도광판(118)의 가장자리를 통해 도광판(118) 안으로 빛을 보내기 위해 반사기(129)를 설치한다. 도광판은 LC 모듈(112)을 향한 윗쪽 평면으로 빛을 분산시키는 구조를 갖기만 하면 되고, LC 모듈(112) 반대쪽 바닥면은 경사지거나 빛을 산란시키는 구조를 가져도 된다. 광학필름을 이루는 상하 확산필름(122,124)은 도광판(118)의 평면에서 나온 빛을 확산시킨다. 2개의 확산필름에 대해서는 뒤에 자세히 설명하겠지만, 경우에 따라서는 상부 확산필름(122)이나 하부 확산필름(124)이 없어도 된다. 이 경우 LCD(100)의 전체 두께가 감소된다. 확산필름이나 호가산막은 뒤에 설명할 휘도보강용 광학기판과 구분되는데, 구체적으로 확산필름은 프리즘 구조를 갖지 않는다. 확산필름은 빛을 산란 및 분산시키고, 디스플레이 방향으로 빛을 비춰 휘도를 높이는 기능은 없다. 광학기판은 프리즘 구조를 가져, 빛의 확산과 휘도 보강을 둘다 한다.

구체적으로, 도 6a의 광학필름은 본 발명에 따라 하나 이상의 광학기판을 갖는데, 이런 광학기판은 빛을 확산시킴은 물론, 필름에서 나온 빛이 필름 표면에 수직으로 나가도록 빛을 재분산시킨다. 도시된 실시예에는 구조적으로 비슷한 2개의 광학기판(126,128)이 프리즘 구조가 직교하도록 배열된다. 이런 광학기판(126,128)은 빛을 확산시키면서 휘도를 보강하여, 디스플레이로 빛을 보낸다. 이런 광학필름을 통해 LC 모듈(112)로 들어가는 빛은 LC 모듈(112)의 표면 전체에 걸쳐 균일하고, 비교적 강한 강도를 갖는다. 광학기판(126,128)이 있으면 LC 모듈(112)과 상부 광학기판(126) 사이에 별도의 확산판을 배치할 필요가 없다. 또, 광학기판(126,128)이 있으면 기판 사이와 상부기판과 LC모듈(112) 사이에 간섭무늬가 생기는 것이 줄어든다. 한편, 광학기판(126,128) 중의 하나만, 예컨대 하부 광학기판(128)만 있어도 간섭무늬와 광확산 효과가 받아들일 수 있을 정도로 될 수 있다.

본 발명의 광학기판들은 텔레비젼, 노트북 컴퓨터, 모니터, 휴대폰과 같은 휴대기기, 디지털 카메라, PDA 등의 LCD에 사용될 수 있다.

백라이트 모듈(114)의 도광판(118) 가장자리에 광원(116)이 배치된 것으로 설명했지만, 도광판 가장자리나 표면에 LCD 어레이를 배치하는 등의 다른 방식의 광원도 본 발명의 범위에 속한다.

도 6a의 광학기판(50)을 도 10의 광학기판(126,128)에 사용할 수도 있다. 이 광학기판(50)은 광입력면(52)과 광출력면(54)을 갖고, 광출력면은 구불구불한 기다란 프리즘(58)이 나란한 배열(56)로 배치된 프리즘 구조를 갖는다. 프리즘(58)은 완만한 곡선을 그린다. 한편, 프리즘의 특정 곡선구간에 여러개의 소형 프리즘 구간들이 서로 연결된 구조를 취해, 전체적으로 구불구불한 모양을 취할 수도 있다. 도시된 실시예에서, 광입력면(52)은 요철형이 아니라 매끄럽고 평면이며 윤이난다. 광입력면(52)은 2010년 7월7일자 미국특허출원 12/832,021에 소개된 것처럼 표면에 입자가 분산되거나 젖빛을 띠거나 매트처럼 생길 수도 있다. 도시된 광출력면과 광입력면은 전체적으로는 서로 평행하다.

도 6a의 실시예에서 프리즘(58) 배열(56)은 산(60)과 골(62)이 서로 나란하게 배치된다. 인접한 산(60)과 골(62) 사이에 물결면이 형성된다. 이런 물결면들은 파장과 진폭이 일정하여 사인파 형태를 따르지만, 파장이나 진폭이 불규칙적일 수도 있다(도 9 참조). 산의 꼭지각이 직각이고, 산이나 골은 기판 평면에 대해 높이나 깊이가 일정하거나 비슷할 수 있다. x-z 평면에서의 프리즘(58)의 단면 형태는 일정하다. 한편, 수평 파형이 불규칙하면서 파장이나 진폭이 가변적일 수도 있다.

인접 산/골 사이의 간격인 피치는 x-z 평면에서 일정하다. 이 경우, 광출력면과 광입력면은 광학기판 전체적으로는 서로 평행하다.

이하, x, y, z 직교좌표계를 참조하여 설명한다. 도 6a에서 x축은 산과 골을 가로지르는 방향으로 횡방향이고, y축은 프리즘(58)의 길이방향으로 x축에 직각 방향이다. 프리즘의 길이방향이란 프리즘(58)의 끝에서 끝까지 산(60)이 나아가는 방향이고, 프리즘은 y축에 대해 구불구불하다. 광입력면(52)은 x-y 평면에 있다. 구조적으로 보면, x, y 축들은 기판의 직교 가장자리를 따라간다. z축은 x축 및 y축과 직교한다. 나란히 배열된 프리즘(58)의 배열들(56)의 단부를 보여주는 가장자리는 도 6a에서 x-z 평면에 있다. 프리즘(58)의 단면은 y축을 따라 여러 곳에서 x-z 평면으로 취한 것이다. 수평방향은 x-y 평면이고, 수직방향은 z방향이다.

기판(50)은 2층 구조인데, 상부 표면층(68)은 광출력면(54)을 이루고, 하부 기저층(66)은 평평한 광입력면(52)을 이룬다. 2개층을 서로 접착하면 기판(50)이 된다. 주지하는 바와 같이, 기판을 2층 구조가 아닌 단층 구조로 할 수도 있는데, 이것도 본 발명의 범위에 속한다. 광학기판(50)은 표면을 이루는 프리즘 구조에 기저부가 일체인 단일 구조를 가질 수 있다.

표면층(68)과 기저층(66)이 서로 다른 재료로 이루어질 수 있다. 표면층(68)은 투명물질, 바람직하게는 자외선이나 가시광에 경화되는 수지인 중합성 수지로 이루어질 수 있다. 일반적으로, 표면층(68)은 중합성이고 가교결합성 수지를 포함한 조성물을 마스터 몰드나 마스터 드럼에 코팅한 다음 경화처리하여 이루어진다. 기저층(66)은 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트)로 이루어지는 것이 보통이지만, 표면층(68)과 같은 투명물질로 이루어질 수도 있다. 기저층(66)은 최종 휘도보강막으로서의 구조적 안정성을 부여하는데 필요한 두께를 갖는다.

치수는 다음과 같다:

기저층의 두께 = 수십 ㎛ 내지 수 mm

기저층 윗면에서 측정한 산의 높이 = 수십 내지 수백 ㎛

기저층 윗면부터 골의 깊이 = 0.5㎛ 내지 수백 ㎛

산의 꼭지각 = 70도 내지 110도

산 사이의 피치 = 수십 내지 수백 ㎛

수평 파형 프리즘의 파장 W = 수십 ㎛ 내지 수 mm

수평변형율 D(프리즘의 진폭의 2배) = 수십 내지 수백 ㎛

광학기판의 광출력면에서 각각의 프리즘에서도 산 높이가 다양할 수 있다(도 13, 7a 참조). 산높이가 규칙적으로나 임의적으로 변할 수 있다. 도 7a의 산높이 변화는 규칙적인 것으로, 사인파 형태이다. 산높이 변화가 불규칙적일 수도 있다. 이런 불규칙 부분들은 프리즘 구조에 있는 비평탄부와 같이 제조과정중에서 생기는 구조적 결함의 일종일 수 있다(도 8a 참조). 이런 구조적 불규칙 부분들은 광출력면에 규칙적으로나 불규칙적으로 분포된다. 광출력면에 생긴 불규칙 부분들은 제조과정에서 어쩌다 생길 수 있는 구조적 결함에 의한 사용자가 인식할 수 있는 결함을 가릴 수 있다. 구조적 불규칙 부분들의 결함차폐효과에 대해서는 2007년 7월2일자 미국특허출원 11/825,139를 참조하면 된다.

광확산효과의 컴퓨터 시뮬레이션

2개의 휘도보강 광학기판을 직교배치한 상태에서 광확산효과의 추세분석을 위해 컴퓨터 시뮬레이션 모델을 취했다. 일반적으로, 뒤에 자세히 설명하겠지만, 추세분석을 위해서는 한쪽 기판만 파형 프리즘 구조를 갖고, 프리즘의 산높이가 편하고 평면 불규칙 부분들이 있다. 하나의 광학기판만으로도 요철면의 효과를 쉽게 판단할 수 있다. 상부기판은 한쪽면에 직선형 삼각형 프리즘이 있고, 반대쪽 표면은 매끈하거나 반들반들하다. 하부기판은 한쪽면에만 파형 프리즘이 있되, 산높이가 변하고 평탄한 불규칙 부분들이 있다. 하부 기판의 요철 표면은 상부 기판의 평탄면에 인접하고, 하부기판의 반대면은 매끈한 표면이다. 하부 기판의 매끈한 광입력면으로 빛이 들어간다. 시뮬레이션 모델을 이용해 상부 기판의 광출력면의 광확산 효과를 구한다. 반사기나 도광판이나 다른 요소들은 고려하지 않았다.

파장 W=100㎛로 일정하고 수평변형율 D가 달라 파형이 다른 광학기판(50)의 x-z 평면과 y-z 평면을 따른 광확산효과를 컴퓨터 시뮬레이션으로 조사했다. 직선의 균일한 프리즘(71) 배열을 갖는 상부 광학기판(70)과 하부 광학기판(50)의 조합에 대해 시뮬레이션을 했는데(도 12 참조), 상부 기판(70)과 하부 기판(50)을 z축에 대해 90도 회전시켜 상부 기판(70)의 x축은 하부 기판(50)의 y축에 일치시켰다. 상부 기판(70)의 밑면은 하부 기판(50)의 요철면을 마주보고 매끄럽다. 상부기판(70)의 산은 피치 50㎛, 꼭지각 90도이고, 하부기판의 산의 피치와 꼭지각도 비슷하다. 하부 기판 바닥의 광입력면으로 람베르시안 빛(Lambertian light)이 들어간다. 파형 프리즘 구조를 갖거나 다른 시뮬레이션에서 산높이와 평탄 불규칙부가 변하는 2개의 광학기판 중의 하나만으로도 광확산효과를 쉽게 얻을 수 있다.

도 6b~f는 파장 W=100㎛, 변형율 D=0, 10, 20, 30, 40㎛의 파형 프리즘을 갖는 하부 광학기판(50)에 대한 시뮬레이션의 결과를 보여준다. 좌측 도면은 도 6a의 프리즘 구조를 갖는 하부 기판(50)의 x-z 평면에서의 광확산효과를, 우측 도면은 이 기판의 y-z 평면에서의 광확산효과를 각각 보여준다. 시뮬레이션 결과로부터 선명한 광확산효과 추세를 볼 수 있는데, 상부 기판(70)의 확산광 분포의 균일도는 변형율 D가 클수록 개선된다. 시뮬레이션 결과에서, 광출력면의 확산광이 변형율 D가 클수록 x와 y 방향으로 급격히 증가함을 알 수 있다. 출력광은 종방향(y-z 평면)보다 횡방향(x-z 평면)으로 더 확산된다. W=0일 경우(도 6b), 출력광은 더욱 집중되어 확산되지 않는다.

산높이에 따른 시뮬레이션 추세분석을 위해, 도 7a의 광학기판(72)에서는 각각의 프리즘의 산높이만 변하는 것이다. 이 프리즘의 산높이 변화율은 V이다.

산높이 변화율이 V인 광학기판(72)의 x-z 평면과 y-z 평면에서 광확산효과 분석을 위해 컴퓨터 시뮬레이션을 했다. 마찬가지로, 프리즘(71)이 직선이고 규칙적으로 배열된 상부 광학기판(70)과 하부 광학기판(72)의 조합에 대해 시뮬레이션을 했는데, 상부 기판(70)과 하부 기판(72)을 z축에 대해 90도 회전했더니, 상부 기판(70)의 x축이 하부 기판(72)의 y축과 일치했다. 시뮬레이션 조건은 도 6b~f의 시뮬레이션과 비슷하다. 하부 기판(72)의 요철면과 마주보는 상부기판(70)의 밑면은 매끈하다. 상부기판은 산의 피치 50㎛이고 꼭지각은 90도이며, 하부기판의 치수도 비슷하다. 하부 기판의 바닥의 광입력면으로 람베르시안 빛이 들어간다.

도 7b~f는 산높이 변형율 V=0, 10, 20, 30, 40㎛의 하부 광학기판(72)에 대한 시뮬레이션의 결과를 보여준다. 좌측 도면은 도 7a의 프리즘 구조를 갖는 하부 기판(72)의 x-z 평면에서의 광확산효과를, 우측 도면은 이 기판의 y-z 평면에서의 광확산효과를 각각 보여준다. 시뮬레이션 결과로부터, 산높이 변형율 V이 증가해도 광확산효과는 크게 변하지 않음을 알 수 있는데, 상부 기판(70)의 확산광 분포의 균일도는 변형율 V가 커도 약간만 증가할 뿐이다. 시뮬레이션 결과에서, 광출력면의 확산광이 변형율 V가 커져도 x와 y 방향으로 크게 변하지 않음을 알 수 있다. 출력광은 산높이 변형율 V가 변해도 집중되고 별로 확산되지 않는다.

도 8a는 시뮬레이션 추세분석을 위해 프리즘에 불규칙부(78)만 있는 광학기판(76)을 예로 들어 보여준다. 시뮬레이션 모델을 단순화하기 위해, 프리즘(84) 사이에 평탄한 갭(82)이 있는 규칙적이고 직선형인 프리즘을 갖는 것으로 간주했다. 도 8b에서 b/a=R을 이용해 전체 면적에 대한 평탄 불규칙부의 면적비를 조절한다. 도 8c~g는 R=0, 2.5, 5, 10, 20%인 구조의 광확산효과의 추세를 각각 보여준다.

R이 각각 다른 광학기판(80)의 x-z 평면과 y-z 평면에서 광확산효과 분석을 위해 컴퓨터 시뮬레이션을 했다. 마찬가지로, 프리즘(71)이 직선이고 규칙적으로 배열된 상부 광학기판(70)과 하부 광학기판(80)의 조합에 대해 시뮬레이션을 했는데, 상부 기판(70)과 하부 기판(80)을 z축에 대해 90도 회전했더니, 상부 기판(70)의 x축이 하부 기판(80)의 y축과 일치했다. 시뮬레이션 조건은 도 6b~f의 시뮬레이션과 비슷하다. 하부 기판(80)의 요철면과 마주보는 상부기판(70)의 밑면은 매끈하다. 상부기판은 산의 피치 50㎛이고 꼭지각은 90도이며, 하부기판의 치수도 비슷하다. 하부 기판의 바닥의 광입력면으로 람베르시안 빛이 들어간다.

도 8c~g는 R=0, 2.5, 5, 10, 20%의 하부 광학기판(80)에 대한 시뮬레이션의 결과를 보여준다. 좌측 도면은 도 8b의 프리즘 구조를 갖는 하부 기판(80)의 x-z 평면에서의 광확산효과를, 우측 도면은 이 기판의 y-z 평면에서의 광확산효과를 각각 보여준다. 시뮬레이션 결과로부터, 산높이 R이 증가해도 광확산효과는 크게 변하지 않음을 알 수 있는데, 상부 기판(70)의 확산광 분포의 R이 커도 거의 변하지 않는다. 시뮬레이션 결과에서, 광출력면의 확산광이 R이 커도 x와 y 방향으로 거의 변하지 않음을 알 수 있다. 출력광은 R이 변해도 집중되고 별로 확산되지 않는다.

이상 파형 프리즘, 산높이 변화 및 평탄 불규칙부에 따른 다양한 방식의 추세분석을 근거로, 다음의 광확산효과가 관찰되었다. 상부 광학기판의 출력면에서의 전체 확산광은 파형 프리즘의 수평변형율 D가 클수록 급격히 증가한다. 상부 광학기판의 전체 확산광은 산높이 변화율 V가 증가해도 약간만 증가한다. 따라서, 파형 프리즘의 수평변형율 D가 광확산에 큰 영향을 미친다. 평탄 불규칙부의 비율 R은 수평변형율이나 산높이 변화율에 비해 거의 영향을 미치지 않는다. 이상의 분석으로부터, 여러 방식을 조합하면 확산을 해치지 않고도 간섭무늬를 줄일 수 있음을 알 수 있다.

이상의 시뮬레이션은 수평변형율 D, 산높이 변화율 V 및 평탄 불규칙부의 비율 R을 규칙적으로나 불규칙적으로 조합한 효과에 대해서는 고려하지 않았다. 모든 시뮬레이션 구조에서 프리즘은 평행했다. 수평변형율 D, 산높이 변화율 V 및 평탄 불규칙부의 비율 R을 적절히 적용하면 확산효과가 개선됨을 예상할 수 있다.

실험결과

본 발명에 따른 프로토타입 광학기판을 수평변형율, 산높이 변화율 및 평탄 불규칙부의 비율을 절절하게 계산하여 분포시켜 제작했다. 도 9a는 파형 프리즘과 평탄 불규칙부가 여러 크기를 갖는 SEM 사진이다. 도 9b는 도 9a의 확대사진이다. 도 13의 광학기판(77)에서 파형프리즘은 도 6a와 같이 나란하고, 산높이 변화는 도 7a와 같으며 평탄 불규칙부(78)는 도 8a와 같다.

간섭무늬를 관찰하는 동안, 프리즘이 직선형이어서 한쪽면에는 파형프리즘 변형율과 산높이 변화와 평탄 불규칙부가 없고 반대쪽 면은 평탄한 상부 광학기판을 적용한다. 이 상부기판을 본 발명의 프로토타입 광학기판 위에 놓는다. 본 발명에 따른 프로토타입 하부기판을 컴퓨터 시뮬레이션 배열대로 상부 직선프리즘 광학기판에 교차해 적층한다. 이렇게 적층된 기판에 도 10의 백라이트를 조명한다. 상부 직선프리즘 광학기판의 윗쪽 광출력면에서 흑백이 반복되는 무늬인 간섭무늬가 관찰된다.

표 1은 하부 프로토타입 광학기판의 9가지 실시예의 성능을 보여준다. 2개의 직선프리즘 필름들을 교차해 적층한 기준 케이스에서 나타난 레벨 5의 간섭무늬(0~5 스케일)를 기준으로 한다. 이득은 도광판의 휘도에 대한 각 실시예의 휘도의 비이다.

실시예	파형프리즘 수평변형율		산높이 변화율(㎛)	평탄 불규칙부 (㎛)	간섭무늬 레벨	이득
	평균(㎛)	최대(㎛)
1	25	55	<10	2.1	0	1.55
2	24	48	<10	4.3	0	1.51
3	26	39	<10	8.3	0	1.46
4	12	21	<10	10.4	1	1.46
5	29	54	<10	1.1	0	1.54
6	28	53	<10	2.5	0	1.54
7	30	55	<10	0.1	0	1.54
8	25	38	<10	0	1.5	1.55
9	28	45	<5	0	0	1.54

실시예 4와 8에서는 레벨이 5에서 1과 1.5로 감소되었다. 다른 모든 실시예에서는 간섭무늬가 없었다. 실시예 4는 12㎛의 변형율과 10.4%의 평탄 불규칙부 비율을 혼합해, 불규칙부가 없이 변형율이 25㎛인 실시예 8에 비해 간섭무늬에서 상당한 개선과 더 좋은 성능을 보일 수 있다. 즉, 불규칙부는 무늬를 없애기 위한 광확산에 유용함을 알 수 있다. 그러나, 실시예 1~4에서 보듯이, 평탄 불규칙부의 면적이 클수록 이득은 낮아진다. 손실 없이 이득을 유지하려면, 평탄 불규칙부를 특정하게 배열하고, 평탄 불규칙부의 범위를 경우에 따라 다르게 조절해야 한다. 일반적으로, 평탄 불규칙부가 간섭무늬에 미치는 영향은 평탄 불규칙부의 총면적, 갯수, 형상, 크기 및 위치에 의해 좌우된다.

간섭무늬를 적절히 줄이는데 수평변형율, 산높이 변화율 및 불규칙부의 비율을 조합하는 것이 필수적은 아니다. 예를 들어, 광학기판이 산높이 변화율과 불규칙부 없이 수평변형율만 가질 수 있다. 실시예 9에서 보듯이, 수평변형율이 28㎛이고 산높이 변화율이 작으면 아무런 불규칙부가 없어도 간섭무늬를 없앨 수 있다. 또, 산높이 변화율이 0로 되면, 평탄 불규칙부가 약간만 있어도 간섭무늬를 없애는 효과를 볼 수 있다.

본 발명에 따른 요철면은 여러가지 기술로 만들 수 있는데, 예를 들면 단단한 공구를 이용해 몰드를 정밀가공해 불규칙 프리즘 형상을 만들 수 있다. 단단한 공구는 CNC(컴퓨터 수치제어) 머신에 설치된 아주 작은 다이아몬드 공구를 예로 들 수 있다. 이런 머신에 약간의 변형을 가하거나 천공기구를 설치하여 불규칙도가 다른 프리즘들을 만들 수 있다. 기존의 STS(Slow Tool Servo), FTS(Fast Tool Servo), 초음파 진동장치 등이 그 일례이다. 미국특허 6,581,286은 FTS를 이용한 나사가공법으로 광학필름에 홈을 만드는 예를 소개하고 있다. 이 공구를 선반에 설치하여, 프리즘의 y방향을 따라 x-z 평면에 대해 산 꼭지각을 일정하게 만들 수 있다. 이 장치를 이용해 자유도를 높이면서 몰드에 표면을 형성하면, 지금까지 설명한 광학기판의 요철면을 만들 수 있다.

원판을 사용해 광학기판을 직접 성형하거나, 전기주조로 원판을 복제하여 광학기판을 성형한다. 몰드의 형상은 벨트, 드럼, 판, 공동 형태이다. 몰드는 핫엠보싱(hot embossing), 자외선경화나 열경화 공정으로 기판에 프리즘 구조를 형성하는데 사용된다. 몰드는 사출성형으로 광학기판을 성형하는데에도 사용된다. 기판이나 코팅 재료는 유기, 무기 또는 하이브리드 광투과 재료이고, 확산, 복굴절, 굴절 개질 입자들을 함유할 수 있다.

요철면을 갖는 기판의 성형법에 대한 더 자세한 설명은 미국특허 7,618,164에 소개되었다.

본 발명의 광학기판(50,72,80,77)은 요철형 프리즘 광출력면을 갖고, 구불구불한 기다란 프리즘과 고의로 만든 불규칙부와 프리즘 산 변화율을 조합하여, 예컨대 LCD에 사용했을 때 간섭무늬를 줄이고 사용자가 볼 수 있는 결함을 가린다. 본 발명의 광학기판을 설치한 LCD를 전자장치에 사용할 수 있다. 도 11과 같이, PDA, 휴대폰, 텔레비젼, 모니터, 휴대용 컴퓨터, 냉장고 등의 전자제품(110)에 본 발명에 따른 LCD(100)를 설치하고, 지금까지 설명한 광학기판을 LCD(100)에 설치한다. 전자장치(110)는 하우징, 키나 버튼과 같은 유저인터페이스(116), LCD(100)로 가는 영상데이터를 관리하는 컨트롤러(112), 프로세서, A/D 컨버터, 메모리, 저장장치 등을 갖춘 제어반(118), 배터리나 외부연결잭과 같은 전원(114)을 구비한다.

Claims (4)

1. 제1 표면을 갖는 기판; 및
   상기 기판의 제1 표면 위에 배치되는 다수의 구불구불한 프리즘들;을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학필름.
2. 제1항에 있어서, 상기 프리즘들 각각이 부드러운 경계를 이루도록 구불구불한 것을 특징으로 하는 광학필름.
3. 제1 요철형 주표면; 및
   제1 요철형 주표면 반대쪽의 제2 주표면;을 포함하고,
   상기 기준 평면이 광학필름의 두께 방향에 직각이며;
   상기 제1 요철형 주표면이 다수의 구불구불한 프리즘들을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학필름.
4. 제3항에 있어서, 상기 프리즘들 각각이 부드러운 경계를 이루도록 구불구불한 것을 특징으로 하는 광학필름.

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